Do sobreiro à batateira, a ciência está a dar um salto inovador. Em entrevista ao CiB, Vera Inácio, investigadora do BioISI (FCUL), fala sobre dois projetos de investigação centrados na epigenética: um que utiliza a casca da batata como modelo experimental para estudar a formação da cortiça e outro que procura compreender o estabelecimento da memória de eventos de calor na cultura da batateira. Numa abordagem pioneira que alia biotecnologia e sustentabilidade, a cientista recorre à edição genética com CRISPR e à análise da resposta das plantas ao calor, prometendo abrir novas vias para o melhoramento da cortiça e o desenvolvimento de culturas mais resilientes às alterações climáticas.
Entrevista: Margarida Paredes | CiB – Centro de Informação de Biotecnologia
Fotos e vídeo: Orlando Almeida
O vosso primeiro projeto procura estabelecer uma relação causal entre a epigenética e a formação da periderme do sobreiro, recorrendo à casca da batata como modelo. Por que razão escolheram a batata como sistema modelo para estudar um processo característico do sobreiro?
Para estabelecer essa relação causal é preciso estudar o impacto da perda de função de genes envolvidos na via epigenética no desenvolvimento da periderme do sobreiro, recorrendo para isso, à transformação genética. Usar a periderme do sobreiro como modelo para este estudo seria uma grande limitação, não só pela elevada recalcitrância desta espécie aos processos de cultura in vitro, necessários para a transformação genética, mas também pelo tempo que demoraria até conseguirmos analisar a cortiça. Assim optámos por usar a batata (tubérculo), que tem uma casca (periderme) também formada essencialmente por células de cortiça e por lenticelas, que são as células que dão origem à chamada ‘porosidade’ da cortiça do sobreiro. Para além disso, podemos induzir rapidamente a formação de microtubérculos em cultura in vitro, o que diminui bastante o tempo de espera. Outro facto muito importante é facto da batateira ser propagada vegetativamente, ou seja, as plantas têm a mesma sequência de DNA da planta-mãe, o que traz uma grande vantagem para o estudo da epigenética, que estuda alterações que afetam a regulação dos genes, mas que não alteram a sequência do DNA e que, por isso, podemos descartar o impacto da variação genética nas características da cortiça que vamos analisar.
De que forma estão a utilizar a tecnologia CRISPR neste contexto — estão a tentar silenciar genes específicos para observar o seu papel na formação da periderme?
Sim, estamos a tentar silenciar os genes responsáveis pela deposição de marcas epigenéticas, usando um sistema de CRISPR que permite induzir a modificação de um ou mais genes apenas no tecido e no estádio de desenvolvimento da planta desejado. A transformação genética (neste caso com o sistema CRISPR), implica a regeneração de plantas inteiras a partir de órgãos individuais em cultura in vitro e, como estes genes são absolutamente essenciais ao desenvolvimento da planta se os silenciarmos no início do desenvolvimento, corremos o risco de não ter plantas para analisar. A ideia é induzir a edição genética apenas na fase de formação dos microtubérculos, após o desenvolvimento da planta e apenas nas células que produzem todas as células da periderme. Depois comparamos a periderme das plantas que perderam a função desses genes com plantas com a função intacta para perceber se há diferenças.
Que tipo de dados ou resultados esperam obter com esta abordagem? Poderá esta investigação trazer novas pistas para melhorar a qualidade da cortiça ou a sustentabilidade da indústria?
Com este trabalho, esperamos conseguir encontrar genes que sejam regulados epigeneticamente, que possam explicar as eventuais diferenças na periderme dos microtubérculos. Outro passo importante neste projeto é perceber se esses genes seriam também regulados da mesma forma em sobreiro, ao introduzir o gene homólogo de sobreiro nas plantas de batateira com perda de função e ver se o desenvolvimento da periderme é restaurado ou não.
Para além dos fatores extrínsecos, existem fatores intrínsecos que contribuem para a ‘qualidade’ industrial da cortiça do sobreiro, sendo dos mais relevantes a porosidade da cortiça e o seu calibre (espessura). Uma cortiça de maior calibre é o resultado de uma atividade meristemática (divisão celular) intensa do tecido que produz as células de cortiça. Mas este tecido também produz células lenticulares que se desagregam para arejamento dos tecidos internos, atravessando a massa da cortiça radialmente (porosidade). Existe muita variação no calibre e porosidade entre árvores e é nesse ponto que este estudo pode vir a ser um primeiro passo para um futuro programa de melhoramento inovador, que passa pelo uso da epigenética se, de facto, conseguirmos encontrar genes que sejam regulados epigeneticamente que possam explicar uma diferença no número de camadas de cortiça ou na quantidade, dimensão ou formato das lenticelas.
O segundo projeto centra-se na resposta da batateira ao stress térmico e no conceito de “priming”. Em termos simples, como é que as plantas “aprendem” ou “recordam” uma exposição anterior ao calor?
Sabemos que uma planta que tenha passado por um evento de stress inicial, apresenta uma resposta diferente (normalmente melhor) a um evento posterior, em comparação com uma planta que não passou pelo stress (‘priming’). Isto implica que as plantas memorizem de alguma forma o evento inicial, embora não tenham um sistema nervoso central. Nas experiências realizadas até agora em diferentes espécies, viu-se, por exemplo, um aumento de marcas epigenéticas que ativam a expressão de genes envolvidos na resposta ao calor (por exemplo, proteínas de choque térmico) e redução de marcas repressoras durante o primeiro stress e uma persistência destas marcas no período sem stress, para que possam estar num estado ‘pronto a usar’ quando expostas a um stress posterior. Com base nesses trabalhos, podemos dizer que os mecanismos epigenéticos são candidatos convincentes, mas é importante não descurar que vários mecanismos diferentes coexistam e colaborem.
Neste projeto, um dos primeiros objetivos é otimizar as condições de ‘priming’ ideais, ou seja, melhor resposta ao calor e a maior duração possível da memória e, em segundo lugar, se a memória é de natureza epigenética.
Que parâmetros ou marcadores biológicos estão a ser analisados para perceber se essa memória é realmente de natureza epigenética?
Em primeiro lugar vamos analisar se as alterações de expressão de genes de resposta ao stress térmico são acompanhadas por alterações de marcas epigenéticas e se esse padrão se mantém mesmo depois do stress desaparecer. Se sim, este será o primeiro indício. Depois vamos usar mutantes que tenham os padrões epigenéticos alterados (editando genes desta via com recurso ao CRISPR) com plantas sem qualquer alteração, para perceber se têm comportamento diferente na exposição ao segundo stress.
Este tipo de investigação pode ter implicações práticas na agricultura? Por exemplo, no desenvolvimento de variedades de batata mais resistentes às alterações climáticas?
Sim, se o ‘priming’ funcionar e for longo o suficiente (persistência das marcas epigenéticas durante a propagação vegetativa), o projeto tem um grande potencial para aplicação na produção de batata, permitindo uma preparação com um stress térmico moderado das plantas durante a fase de micropropagação in vitro, antes de entrarem em produção no campo, aumentando a capacidade da planta para lidar com um desafio de stress subsequente.
Em relação ao desenvolvimento de variedades mais resistentes às alterações climáticas, se conseguirmos identificar genes envolvidos na resposta ao stress térmico sob controlo epigenético, podemos abrir portas para o desenvolvimento de novas estratégias em programas de melhoramento, usando a edição epigenética, como uma forma de modular a expressão dos genes e a resposta das plantas, sem editar a sequência do DNA.
O uso da edição genética e da epigenética em plantas suscita ainda alguma resistência pública na UE. Como vê o equilíbrio entre o avanço científico e a perceção social destas tecnologias?
A ciência avança com muito mais rapidez do que a perceção e aceitação social. Há muita falta de informação e o futuro dependerá não apenas da ciência, mas também da capacidade de criar uma ponte entre inovação e confiança pública. Seria muito útil haver sessões informativas e um papel mais ativo das universidades e centros de investigação nesta transferência de conhecimento e incluir produtores e consumidores no debate, mas também o envolvimento mais ativo e positivo da comunicação social. Se a comunicação for clara e a regulação proporcional, a aceitação social tende a crescer, permitindo que estas tecnologias contribuam para uma agricultura mais sustentável. A tecnologia de CRISPR-Cas9 resulta em organismos com alterações que poderiam ocorrer naturalmente e, nos últimos anos, trouxe benefícios significativos em termos de precisão, rapidez e custo.
Quanto à edição epigenética, provavelmente enfrentará um caminho ainda longo até à eventual aceitação, pelo simples facto de a epigenética ser ainda amplamente desconhecida para o público em geral. A modificação epigenética não altera o DNA e é reversível, mas podem surgir preocupações novas, como por exemplo quanto à estabilidade das alterações epigenéticas: será que se perderá ao ser transmitida de geração em geração? Embora os efeitos fora do alvo sejam menos arriscados do que na edição genética tradicional, ainda são necessárias ferramentas mais precisas. A incerteza das políticas regulamentares também necessita de ser mais bem esclarecida, porque plantas com modificações puramente epigenéticas não se encaixam claramente nos critérios “genéticos” definidos na proposta de regulamentação na EU.
Em termos de futuro, quais são as principais perguntas em aberto que gostaria de ver respondidas com base nestes dois projetos?
Gostaria de ver respondido se a epigenética está, de facto, envolvida de forma causal no desenvolvimento da periderme e nas diferenças existentes ao nível celular e se está envolvida no estabelecimento da memória em resposta ao stress térmico na batateira, para que, no futuro, a possamos usar no desenvolvimento de programas de melhoramento inovadores, seja para selecionar indivíduos com maior produção de células de cortiça ou para desenvolver indivíduos mais resistentes ao calor.
VERA INÁCIO
Investigadora júnior no Laboratório de Genómica e Genética Molecular Florestal do BioISI – Instituto de Biossistemas e Ciências Integrativas da Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa (FCUL). Doutorada em Biologia pela Universidade de Lisboa e mestre em Engenharia Biológica pela Universidade do Algarve, tem desenvolvido investigação na área da genética e epigenética vegetal, com particular enfoque nos mecanismos que regulam o desenvolvimento das barreiras protetoras das plantas, como a periderme, o tecido responsável pela formação da cortiça.
Atualmente, coordena projetos que utilizam a tecnologia CRISPR-Cas9 para estudar o papel da metilação do DNA e da dinâmica da cromatina na formação da periderme e na variabilidade fenotípica da cortiça, recorrendo à batata como planta modelo. Paralelamente, lidera um projeto que explora novas estratégias de resiliência ao calor em batata, através da indução de respostas epigenéticas e da aplicação de Novas Técnicas Genómicas (NTGs), com o objetivo de contribuir para o desenvolvimento de programas de melhoramento vegetal mais sustentáveis e adaptados às alterações climáticas.
Ao longo da sua carreira integrou equipas de investigação em sete projetos multidisciplinares (sendo investigadora principal em dois), participou em ações COST europeias na área da epigenética e foi avaliadora remota de candidaturas para o Conselho Europeu de Investigação (ERC) e para o US-Israel Binational Agricultural Research and Development Fund. É autora de publicações em revistas científicas internacionais e dedica-se também ao ensino, lecionando unidades curriculares nas áreas da biotecnologia vegetal e da biologia do desenvolvimento vegetal na FCUL.
Esta entrevista foi publicada na edição dupla de Dezembro/Janeiro da revista Vida Rural.
O artigo foi publicado originalmente em CiB – Centro de Informação de Biotecnologia.
